СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПЕРЕРАБОТКИ КРЕМНЕФТОРИДА НАТРИЯ Российский патент 2008 года по МПК C01B33/10 C01B33/107 

Изобретение относится к области химической технологии и предназначено для утилизации вторичных продуктов переработки апатита в процессе производства фосфорных удобрений, в частности кремнефторида натрия Na₂SiF₆, с получением тетрафторида кремния SiF₄ и фторида натрия NaF.

Известны различные способы получения тетрафторида кремния и фторида натрия путем разложения кремнефторида натрия Na₂SiF₆.

Так, предложен способ термического разложения Na₂SiF₆ при температуре 600-620°С (1). Процесс проходит с образованием твердого продукта NaF и газообразного SiF₄ по реакции:

Na₂SiF₆ → SiF₄+2NaF.

Однако такой способ, при его доступности и простоте, не обеспечивает без специальных мероприятий необходимую производительность и чистоту конечных продуктов.

Известен также способ получение кремния высокой чистоты из кремнефторида натрия (2). Согласно способу Na₂SiF₆, для очистки от легколетучих примесей, предварительно подвергают термообработке при температуре ниже температуры разложения под давлением не меньше 20 мм рт.ст. Затем кремнефторид натрия разлагают, выделяют тетрафторид кремния, который соединяют с натрием и получают кремний.

Названный способ не позволяет выделить в чистом виде тетрафторид кремния и фторид натрия, как самостоятельные продукты и не обеспечивает очистку от труднолетучих примесей.

Предложен способ получения кремния, в котором на начальном этапе получают тетрафторид кремния (3, 4). В качестве исходного соединения используется отход производства фосфорных удобрений, содержащий кремнефтористоводородную кислоту H₂SiF₆. Раствор кремнефтористовородной кислоты обрабатывают фторидом щелочного металла, например, фторидом натрия, и получают кремнефторид натрия Na₂SiF₆ по реакции:

H₂SiF₆+2NaF → Na₂SiF₆+2HF.

Осадок отмывают, высушивают и разлагают с выделением газообразного тетрафторида кремния SiF₄ при 650°С по реакции:

Na₂SiF₆ → SiF₄+2NaF.

Использование щелочного металла приводит к тому, что после отделения осадка кремнефторида натрия остается маточный раствор фтористоводородной кислоты HF, утилизация которого требует дополнительных затрат.

Известен способ получения тетрафторида кремния с использованием оксидов кремния или алюминия (5). Способ заключается в том, что соли, например, Na₂SiF₆ или Ba₂SiF₆ перемешивают с SiO₂ и/или Al₂О₃ и нагревают до 500-800°С (температура зависит от типа используемого силиката). Данный способ близок к предлагаемому изобретению, т.к. включает получение SiF₄ и термическое разложение кремнефторида натрия.

Полученный твердый компонент - фтористый натрий NaF - содержит примеси введенных оксидов кремния и/или алюминия, что усложняет его использование. Кроме того, использование этих оксидов увеличивает массу твердых веществ, участвующих в реакции и требующих дополнительных затрат на их нагрев и перемещение в системе аппаратов.

Предложен способ и устройство для получения тетрафторида кремния из кремнефторида натрия (6). Способ включает выдержку Na₂SiF₆ при температуре 300-350°С и пониженном давлении до 5 мм рт.ст. Затем засыпку реакционной массы обрабатывают фтором и Na₂SiF₆ подвергают термическому разложению с одновременным отводом газообразного тетрафторида кремния SiF₄. Количество подаваемого фтора определяется весьма условно, с погрешностью до 200%, при этом недостаток фтора приводит к неполноте связывания вредных примесей и часть загрязнений остается в реакторе. Избыточное же количество фтора затрудняет его утилизацию на выходе из установки, а также приводит к дополнительным расходам на его закупку. Фтор и разбавляющие его инертные газы не удаляются полностью из засыпки и объема реактора даже при вакуумировании. С точки зрения процесса конденсации тетрафторида кремния (температура кипения-конденсации примерно равна - 65°С) эти газы являются неконденсируемыми из-за весьма низкой их температуры конденсации (температура кипения-конденсации фтора примерно равна - 188°С). Присутствие этих газов ухудшает интенсивность конденсации, что приводит к увеличению длительности процесса и перерасходу жидкого азота, охлаждающего баллон-конденсатор. Кроме того, остатки фтора в засыпке и объеме реактора создают дополнительную опасность для обслуживающего персонала при выгрузке фторида натрия из реактора.

Основным недостатком способа является повышенная опасность и сложность процесса ввиду применения фтора для обработки реакционной массы в количестве 1-2% от массы засыпки. Кроме того, по масштабности этот процесс приемлем только для лабораторного производства.

Устройство согласно (6) содержит бункер для исходного сырья, реактор, снабженный измерителями температуры и давления, сборник тетрафторида кремния, охлаждаемый жидким азотом, сборник для отработанной твердой фазы.

К недостаткам устройства следует отнести компоновочное размещение баллона-конденсатора, при котором в него поступает весь выделяющийся газ SiF₄, что обуславливает загрязнение продукта включениями, вносимыми с первой выделившейся более загрязненной порцией. Отсутствует охладитель газообразного горячего тетрафторида кремния перед конденсацией и оперативный отборов проб SiF₄ на анализ. Устройство имеет низкую производительность и безопасность ведения процесса.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является способ для получения высокочистого поликристаллического кремния из кремнефторида натрия, получающегося в виде отходов при переработке апатитов в фосфорную кислоту и минеральные удобрения, который и принят в качестве прототипа (7). Исходный порошок технического кремнефторида натрия через затвор подают с помощью шнекового питателя в реактор - наклонную вращающуюся печь при температуре стенки печи 550-600°С. Реактор перед началом процесса продувают азотом для удаления влажного воздуха, так как образующийся при термическом разложении кремнефторида натрия тетрафторид кремния в присутствии влаги гидролизуется. Образующийся газообразный тетрафторид кремния отводят из печи в ресивер, а второй продукт процесса фторид натрия выгружают из печи в герметичный бункер. Выход кремния в тетрафторид составляет 99,9-99,95%. Тетрафторид кремния очищают от примесей путем абсорбции в этиленгликоль с использованием сорбционной колонны тарельчатого типа. Прямой выход кремния в очищенный тетрафторид составлял 99,90-99,99%. Очищенный до содержания примесей 10^-6-10^-7 тетрафторид кремния подают в ресивер или закачивают в баллоны.

Известное устройство (7) для реализации способа содержит реактор - наклонную вращающуюся печь с нагревателем, баллоны-конденсаторы или ресивер, трубопровод отвода образующегося газообразного тетрафторида кремния и систему очистки в виде сорбционной колонны тарельчатого типа.

Недостатками известных способа и устройства являются неполное удаление легколетучих примесей в процессе сушки кремнефторида натрия перед термическим разложением и труднолетучих примесей при его термическом разложении, а также повышенная трудоемкость процесса из-за наличия дополнительной операции очистки тетрафторида кремния SiF₄ в этиленгликоле с использованием сорбционной колонны.

Целью изобретения является создание высокоэффективного способа и устройства для его реализации, свободных от указанных недостатков.

Техническим результатом изобретения является получение конечных продуктов термолиза - тетрафторида кремния SiF₄ и фторида натрия NaF - повышенной чистоты и снижение трудоемкости процесса переработки Na₂SiF₆.

Поставленная цель достигается тем, что в способе утилизации кремнефторида натрия - побочного продукта производства фосфорных удобрений, включающем загрузку его в реактор и последующее термическое разложение, отвод из реактора газообразного продукта разложения - тетрафторида кремния с последующей закачкой по системе трубопроводов в баллоны, продувку реактора продувочным газом - азотом и выгрузку из реактора выделившегося фторида натрия, согласно изобретению, баллоны с системой трубопроводов предварительно заполняют продувочным газом под избыточным давлением, а затем из них удаляют избыточный газ и вакуумируют вместе с трубопроводами, далее первую порцию газообразного тетрафторида кремния подвергают нейтрализации и перед конденсацией его предварительно глубоко охлаждают жидким азотом, а после окончания процесса термического разложения кремнефторида натрия производят выдержку продуктов разложения в течение 5-15 минут при температуре (600-620)°С, затем фторид натрия перед выгрузкой из реактора дополнительно очищают от тетрафторида кремния продувочным газом, при этом отбирают на анализ пробы газа тетрафторида кремния, которые частично пропускают через пробоотборники и конденсируют во вспомогательный баллон-конденсатор отдельно от остальной массы отбираемого на анализ тетрафторида кремния.

Газообразный тетрафторид кремния перед конденсацией охлаждают в два этапа: предварительно охлаждают легкодоступным хладагентом, например водой или воздухом, а затем охлаждают газообразным азотом, образовавшимся в процессе предварительного охлаждения тетрафторида кремния жидким азотом.

Дополнительную очистку фторида натрия проводят в два этапа: сначала подогретым до рабочей температуры реактора продувочным газом удаляют остатки тетрафторида кремния, а затем объем реактора и фторид натрия очищают с одновременным охлаждением продувочным газом с температурой (-198 - +50)°С.

В продувочный газ дополнительно подмешивают жидкий азот.

В качестве продувочного газа используют нейтральные газы, например азот.

Поставленная цель достигается также тем, что устройство для утилизации кремнефторида натрия - побочного продукта производства фосфорных удобрений, содержащее реактор с нагревателем, баллон-конденсатор, трубопровод отвода образующегося газа в баллон-конденсатор, согласно изобретению дополнительно содержит функционально связанные между собой, по меньшей мере, два криостата, в которых размещены баллоны-конденсаторы, один или более вспомогательных баллонов-конденсаторов и, по меньшей мере, один дополнительный реактор, связанные главным трубопроводом отвода образующегося газа, а также включает: систему трубопроводов подачи продувочного газа в реактор и к началу главного трубопровода; трубопровод отвода газов из главного трубопровода на нейтрализацию; систему нейтрализации и систему вентиляции, вход в которую соединен с выходом газов из системы нейтрализации; систему вакуумирования, смонтированную на трубопроводе отвода газов из главного трубопровода на нейтрализацию; систему обеспечения жидким азотом с трубопроводом и устройством подачи жидкого азота в криостаты, пробоотборник, измерители температуры и расхода; систему подготовки баллонов-конденсаторов с нагревателем; трубопровод, соединяющий баллон-конденсатор с трубопроводом подачи продувочного газа к началу главного трубопровода, измеритель давления, а также трубопровод отвода газа из подготавливаемого баллона-конденсатора; нагреватель и охладитель продувочного газа, которые последовательно смонтированы на трубопроводе подачи продувочного газа в реактор; теплообменник предварительного охлаждения тетрафторида кремния, смонтированный на главном трубопроводе рядом с реакторами; теплообменник глубокого охлаждения тетрафторида кремния, установленный на главном трубопроводе вблизи криостатов с баллонами-конденсаторами; байпасную линию более чем с одним пробоотборником, подсоединенную одним концом к главному трубопроводу, а другим - на вход к вспомогательному баллону-конденсатору; теплообменник-охладитель, установленный на линии отвода продувочных газов из реактора.

Трубопровод подачи продувочного газа к началу главного трубопровода подсоединен своим началом к трубопроводу подачи продувочного газа в реактор в точке, расположенной между нагревателем и охладителем продувочного газа.

Охладитель продувочного газа выполнен смесительного типа с возможностью подмешивания жидкого азота в продувочный газ, например, посредством эжектора.

Теплообменник предварительного охлаждения тетрафторида кремния подключен охлаждающей стороной к источнику доступного хладагента, например вода, воздух или любого другого.

Теплообменник глубокого охлаждения тетрафторида кремния подключен входом охлаждающей стороны к выходу холодного азота из криостатов, а выходом - к входному трубопроводу системы вентиляции.

Байпасная линия системы вакуумирования выполнена в виде коллектора, объединяющего концы трубопроводов для отвода продувочных газов системы подготовки баллонов-конденсаторов и реакторов.

Сущность изобретения поясняется чертежом.

Устройство содержит два или более реактора 1 с нагревателями 2, криостаты (боксы) 3 и 4, баллоны-конденсаторы вспомогательный Na₂SiF₆ (БЛВ) и основной 6 (БЛО)связанные патрубками 9, 10 с главным трубопроводом 7 и подсоединенные посредством патрубков 8 к реакторам 1. Патрубок 9 соединен с вспомогательным баллоном-конденсатором 5, а посредством патрубка 10 - с основным баллоном-конденсатором 6. На главном трубопроводе 7 после реакторов 1 последовательно установлены фильтр 11, первый охладитель(теплообменник)12 с охлаждением водой, воздухом или любым другим доступным хладагентом, расходомер 13, второй охладитель (теплообменник) 14 глубокого захолаживания, который охлаждается холодным азотом, поступающим из криостатов 3 и 4 по трубопроводу 15 на вход охлаждающей стороны охладителя 14. К главному трубопроводу 7 параллельно подсоединены пробоотборники 16 с помощью патрубков 17 и 18, а также байпасная линия 19, которая одним концом подсоединена к главному трубопроводу 7, а другим - на вход во вспомогательный баллон 5. Система 20 для подготовки и подачи продувочного газа соединена трубопроводами 21 и 22 с входами продувочного газа в реакторы 1. На трубопроводе 21, после системы 20, последовательно установлены нагреватель 23 и охладитель (теплообменник) 24 (охладитель 24 может быть смесительного типа, например, с эжектированием жидкого азота в поток продувочного газа, поступающего по трубопроводу 21 в трубопровод 22). Между нагревателем 23 и охладителем 24 к трубопроводу 21 подсоединен трубопровод 25, который другим концом подсоединен к главному трубопроводу 7. Для отвода продувочного газа из реакторов 1 предусмотрены трубопроводы 26, к которым подсоединен трубопровод 27 сдувки I для отвода продувочного газа из реактора на нейтрализацию. Автономная система 28 для подготовки баллонов-конденсаторов перед установкой их в криостаты 3 и 4 включает баллон-конденсатор 29 с трубопроводом 30 и нагреватель 31. Трубопровод 30 другим концом подсоединен к трубопроводу 25, который связывает системы 20 и 28, кроме того, к трубопроводу 30 подсоединен трубопровод 32 для сдувки II газов. Устройство также содержит систему 33 обеспечения жидким азотом с трубопроводами 34 и 35 для подачи его в криостаты 3 и 4 соответственно, а также с трубопроводом 45 для подачи его в охладитель 24; систему нейтрализации 36; трубопровод 37 для отвода газов из главного трубопровода 7 в систему нейтрализации 36; систему 38 вакуумирования, состоящую из последовательно установленных на трубопроводе 37 колонки с поглотителем 39, ловушки 40, вакуумного насоса 41; байпасную линию 42 системы 38, причем байпасная линия выполняет дополнительную функцию коллектора, соединяющего трубопроводы 27 - для сдувки (I) газов из реакторов 1 и 32 - для сдувки газа (II) из системы 28; систему вентиляции 43, которая соединена трубопроводом 44 с системой нейтрализации 36, при этом с трубопроводом 44 соединен выход холодной стороны из охладителя 14 трубопроводом 46 (линия III N₂) и последовательно установленные на трубопроводе 27 фильтр 47 и охладитель (теплообменник) 48.

Способ и устройство работают следующим образом.

Приводят в рабочее состояние системы 20 и 28. Подготавливают индивидуально каждый баллон-конденсатор перед установкой их в криостаты 3 и 4, для чего помещают баллон-конденсатор 29 в систему 28, подсоединяют его к трубопроводу 30, включают нагреватель 31 и доводят температуру баллона-конденсатора 29 до 130-150°С. Затем организуют вакуумирование баллона-конденсатора 29 через трубопроводы 32, 42, далее через трубопровод 37, через колонку 39, ловушку 40, вакуумный насос 41 удаляют воздух в систему 36. После этого выключают вакуумный насос 41 и организуют подачу продувочного сухого чистого инертного газа из системы 20 через трубопроводы 21, 30 в баллон-конденсатор 29. Наполнив баллон-конденсатор 29 нагретым в нагревателе 23 продувочным газом, выдерживают баллон при избыточном давлении и температуре 130-150°С, после чего избыточный газ сдувают и повторяют вакуумирование. Повторив операцию заполнения-вакуумирования 2-3 раза, выключают нагреватели 31 и 23 и наполняют баллон-конденсатор продувочным газом до избыточного давления не менее 1 атм (например, 3-5 атм). После чего баллон-конденсатор 29 с избыточным давлением продувочного газа готов для установки в криостаты 3 или 4 вместо баллонов-конденсаторов 5 или 6.

Устанавливают баллоны-конденсаторы с избыточным давлением в них чистого инертного продувочного газа, подготовленные в системе 28, в криостаты 3 и 4 и подсоединяют к трубопроводам 9 и 10. Приводят в рабочее состояние системы 33, 36, 38, 43. Затем продувают горячим продувочным газом с t≥100°C трубопровод 7 с узлами 11, 12, 13, 16, 14, с трубопроводами 17, 18 и 19, для чего из системы 20 при включенном нагревателе 23 по трубопроводам 21 и 25 подают горячий продувочный газ в главный трубопровод 7, а отводят газ по трубопроводу 37 и байпасной линии 42 через систему нейтрализации 36 в систему вентиляции 43. Периодически несколько раз продувку прерывают, закрыв запорные органы на трубопроводах 25 и 42, и организуют вакуумирование, для чего включают в работу систему 38.

Во время последней продувки перед последним вакуумированием открывают вентили на баллонах-конденсаторах 5 и 6 и на патрубках 9 и 10, избыточный газ из баллонов-конденсаторов 5 и 6 продувает застойные зоны патрубков 9 и 10. Последнее вакуумирование проводят для главного трубопровода 7 и баллонов-конденсаторов 5 и 6, соединенных с трубопроводом 7 совместно (одновременно, параллельно). После подготовки главного трубопровода 7 и баллонов-конденсаторов 5 и 6 устройство готово к работе.

Исходный продукт - кремнефторид натрия Na₂SiF₆, как вторичный продукт переработки апатита, получают в процессе производства фосфорных удобрений и нейтрализации отхода переработки апатита - кремнефтористоводородной кислоты карбонатом натрия. Порцию исходного сырья - Na₂SiF₆ загружают в один из реакторов 1. Вес порции определяют в соответствии с объемом баллонов-конденсаторов 5 и 6. Например, одна из единовременных загрузок кремнефторида натрия в реактор составляет 86 кг. При термическом разложении этого количества теоретически (без учета потерь) выделится 47,6 кг тетрафторида кремния. Для его конденсации в устройстве устанавливают 10 баллонов-конденсаторов емкостью 40 л каждый, при этом в каждом баллоне сконденсируется по 4,76 кг, а давление газа тетрафторида кремния при нормальной температуре 20°С составит примерно 30 атм.

Вторую порцию тетрафторида кремния, после сдувки первой на нейтрализацию, плюс порции, пропускаемые через пробоотборники 16 перед взятием пробы суммарным количеством примерно 5 кг, конденсируют во вспомогательном баллоне 5. Первую, наиболее загрязненную порцию, в количестве примерно 2,6 кг сбрасывают на нейтрализацию, т.е. теряют, при этом в основные баллоны-конденсаторы 29 конденсируют 40 кг SiF₄.

При максимальном заполнения 1-го л объема кремнефторидом кремния в количестве, равном 0,5 кг, потребуется объем 80 л, т.е., например, 2 баллона-конденсатора 6 объемом 40 л каждый. При таком заполнении и при нормальной температуре 20°С давление SiF₄ в баллонах будет примерно равно 64 атм.

Далее сушат и очищают от легколетучих фракций кремнефторид натрия в реакторе, для чего включают нагреватели 2 и 23, ступенчато поднимают температуру засыпки до 190°С и затем до 350°С. При каждой температуре продувают реактор чистым инертным продувочным газом, поступающим в реактор из системы 20 по трубопроводам 21 и 22. Из реактора газ отводится по трубопроводам 26, 27 и 42 в систему нейтрализации 36. Продувки чередуют вакуумированием аналогично действиям, описанным выше.

Затем очищают кремнефторид натрия от труднолетучих фракций, для чего в реакторе 1 повышают температуру до диапазона рабочих температур термического разложения, избыточное давление, обусловленное образованием газа SiF₄, контролируют, кратковременно в 2-3 приема сбрасывают первую порцию SiF₄, включающую в себя труднолетучие фракции и остатки других загрязнений, из реактора 1 по трубопроводам 27 и 42 в систему нейтрализации 36.

Подключают баллон-конденсатор 6, охлаждаемый жидким азотом, поступающим из системы 33 по трубопроводу 35 в криостат 4. После прекращения процесса термического разложения делают выдержку в течении 5 -15 минут при температуре 600-620°С до минимально возможного падения давления, чтобы максимально сконденсировались остатки тетрафторида кремния. Затем закрывают баллон-конденсатор 6 и реактор 1. После замены заполненных баллонов-конденсаторов 6 на новые (пустые) и реактора 1 на другой, заправленный свежей порцией засыпки, рабочий цикл повторяют.

Отработанный реактор 1 продувают в два приема. Непосредственно после завершения термического разложения горячую засыпку продувают горячим продувочным газом при включенных нагревателях 2 и 23 из системы 20 по трубопроводам 21, 22, 26, 27, через фильтр 47, охладитель 48, установленный на трубопроводе 27 и работающий только в процессе горячей продувки реактора, трубопровод 42 в систему 36 и далее через трубопровод 44 в систему 43. При этом объем засыпки и реактора в целом освобождается от остатков SiF₄, не допуская рекомбинации с фторидом натрия с образованием кремнефторида натрия, тем самым состав второго продукта - фторида натрия сохраняется более чистым.

После горячей продувки проводят холодную продувку реактора 1 для охлаждения и окончательной очистки от токсичного газа засыпки перед выгрузкой. Для чего, не прекращая продувку по вышеуказанной схеме, отключают нагреватели 2 и 23 и включают охладитель 24, подавая к нему для охлаждения жидкий азот из системы 33 по трубопроводу 45; при этом азот захолаживает продувочный газ и тем самым ускоряет охлаждение засыпки и реактора 1 в целом. Охладитель 24 включают в работу только на время окончательного охлаждения NaF перед разгрузкой.

Затем разгружают фторид натрия NaF из реактора 1 и загружают его новой порцией кремнефторида натрия Na₂SiF₆, которую готовят к работе вышеуказанными действиями.

В таблицах 1 и 2 представлен анализ проб конечных продуктов переработки кремнефторида натрия и химического состав тетрафторида кремния, полученного согласно изобретению.

Таблица 1ПробаМасса исходной навески Na₂SiF₆, гМасса остатка NaF после термолиза, гВыход SiF₄, % от теоретическогоФазовый состав твердого остатка NaF после разложения по данным ИК-спектроскопии (фаза Na₂SiF₆ отсутствует)1120,053,692Основа - фторид натрия, примесь - диоксид кремния, не более 1 мас.%.2120,053,492Основа - фторид натрия, примесь - диоксид кремния, не более 1 мас.%.3120,053,579Основа - фторид натрия, примесь - диоксид кремния, более 10 мас.%.4180,080,490,8Основа - фторид натрия, примесь - диоксид кремния, не более 1 масс.%.

Таблица 2ОбразецHF, об.%СН₄, Об.%CO₂, об.%СО, об.%BF₃, об.%SiF₄0,00870,0580,0530,1280,0034

Как видно из таблиц 1 и 2, продукты конечной переработки Na₂SiF₆ характеризуются высокой чистотой и хорошим процентным выходом SiF₄.

Технический результат достигается за счет исключения операции сорбционной очистки тетрафторида кремния SiF₄ в этиленгликоле, а также применения, как минимум, одного дополнительного реактора 1, который подсоединен параллельно первому и помещен в индивидуальные боксы 3, 4.

Полученные конечные продукты термолиза кремнефторида натрия имеют широкое техническое применение.

Так, полученный тетрафторид кремния SiF₄ используют в производстве селиконсодержащих веществ, кремния и его изотопов для микроэлектроники, а также в некоторых других отраслях промышленности, например, для придания изделиям водоотталкивающих свойств, устойчивости к коррозии и истиранию, для улучшения гидрофобных свойств кристаллических молекулярных сит, например, [ЕР 83-104533], для синтеза мелкодисперсной кремниевой кислоты и т.д.

Синтезированный по разработанному способу фторид натрия NaF пригоден для использования в производстве алюминия и фтористого водорода, твердых электролитов, стекол, эмалей, керамики, огнеупоров, термостойких смазок, кислотоупорного цемента, в качестве добавки к строительным смесям, для сварки, пайки и переплавки металлов, травления стекол, как инсектицид, консервант древесины, сорбент, а также как реагент для фторирования зубной пасты и воды.

Источники информации

1. С.Н.Вольфкович, М.Г.Габриелова, журнал «Химическая промышленность», № 3, 1951 г. С.72-75.

2. Заявка Японии № 63-74910, МПК⁵ С01В 33/10.

3. Патент США № 4529576, МПК⁵ С01В 33/02.

4. Патент США № 4446120, МПК⁵ С01В 33/02.

5. Заявка Японии 10-231114, кл. С01В 33/107, (22) 18.02.1997.

6. Патент RU № 2182558, (22) 28.09.2001.

7. Патент RU № 2078034, (22) 19.01.1993 (прототип).

Изобретение относится к области химической технологии и предназначено для утилизации вторичных продуктов переработки апатита в процессе производства фосфорных удобрений, в частности кремнефторида натрия Na₂SiF₆, с получением тетрафторида кремния SiF₄ и фторида натрия NaF. Способ включает загрузку кремнефторида натрия в реактор и термолиз с последующим отводом и конденсацией в баллонах-конденсаторах газообразного продукта разложения - тетрафторида кремния, отбор проб на анализ и выгрузку из реактора выделившегося фторида натрия. Согласно изобретению баллоны-конденсаторы предварительно наполняют продувочным газом под избыточным давлением и вакуумируют вместе с трубопроводами. Первую порцию тетрафторида кремния подвергают нейтрализации и перед конденсацией предварительно глубоко охлаждают жидким азотом. После окончания процесса термолиза выделившийся фторид натрия, перед выгрузкой из реактора, дополнительно очищают от тетрафторида кремния продувочным газом. Пробы газа с тетрафторидом кремния, ранее отобранные на анализ, конденсируют во вспомогательный баллон-конденсатор отдельно от остальной массы тетрафторида кремния. Устройство согласно изобретению дополнительно содержит функционально связанные между собой один или более реакторов, один или более вспомогательных баллонов-конденсаторов, систему подготовки баллонов-конденсаторов вспомогательного и основного, теплообменник предварительного охлаждения тетрафторида кремния, теплообменник глубокого охлаждения тетрафторида кремния, пробоотборники, байпасную линию, теплообменник-охладитель, установленный на трубопроводе отвода продувочных газов из реактора. 2 н. и 9 з.п.ф-лы, 2 табл., 1 ил.

1. Способ утилизации кремнефторида натрия - побочного продукта производства фосфорных удобрений, включающий его загрузку в реактор и последующее термическое разложение, отвод из реактора газообразного продукта разложения - тетрафторида кремния с последующей закачкой по системе трубопроводов в баллоны, продувку реактора продувочным газом - азотом и выгрузку из реактора выделившегося фторида натрия, отличающийся тем, что баллоны с системой трубопроводов предварительно заполняют продувочным газом под избыточным давлением, а затем из них удаляют избыточный газ и вакуумируют вместе с трубопроводами, далее первую порцию газообразного тетрафторида кремния подвергают нейтрализации и перед конденсацией его предварительно глубоко охлаждают жидким азотом, а после окончания процесса термического разложения кремнефторида натрия производят выдержку продуктов разложения в течение 5-15 мин при температуре (600-620)°С, затем фторид натрия перед выгрузкой из реактора дополнительно очищают от тетрафторида кремния продувочным газом, при этом отбирают на анализ пробы газа тетрафторида кремния, которые частично пропускают через пробоотборники и конденсируют во вспомогательный баллон-конденсатор отдельно от остальной массы отбираемого на анализ тетрафторида кремния.2. Способ по п.1, отличающийся тем, что газообразный тетрафторид кремния перед конденсацией охлаждают в два этапа: предварительно охлаждают легко доступным хладагентом, например, водой или воздухом, а затем охлаждают газообразным азотом, образовавшимся в процессе предварительного охлаждения тетрафторида кремния жидким азотом.3. Способ по п.1, отличающийся тем, что дополнительную очистку фторида натрия проводят в два этапа: сначала подогретым до рабочей температуры реактора продувочным газом удаляют остатки тетрафторида кремния, а затем объем реактора и фторид натрия очищают с одновременным охлаждением продувочным газом с температурой в диапазоне (-198-+50)°С.4. Способ по п.З, отличающийся тем, что в продувочный газ для эффективного охлаждения фторида натрия подмешивают жидкий азот.5. Способ по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что в качестве продувочного газа используют инертные газы, например, азот.6. Устройство для утилизации кремнефторида натрия - побочного продукта производства фосфорных удобрений, содержащее реактор с нагревателем, баллон-конденсатор, трубопровод отвода образующегося газа в баллон-конденсатор, отличающееся тем, что дополнительно содержит функционально связанные между, по меньшей мере, два криостата, в которых размещены баллоны-конденсаторы, один или более вспомогательный баллон-конденсатор и, по меньшей мере, один дополнительный реактор, связанные главным трубопроводом отвода образующегося газа, а также включает систему трубопроводов подачи продувочного газа в реактор и к началу главного трубопровода; трубопровод отвода газов из главного трубопровода на нейтрализацию; систему нейтрализации и систему вентиляции, вход в которую соединен с выходом газов из системы нейтрализации; систему вакуумирования, смонтированную на трубопроводе отвода газов из главного трубопровода на нейтрализацию; систему обеспечения жидким азотом с трубопроводом и устройством подачи жидкого азота в криостаты, пробоотборник, измерители температуры и расхода; систему подготовки баллонов-конденсаторов с нагревателем; трубопровод, соединяющий баллон-конденсатор с трубопроводом подачи продувочного газа к началу главного трубопровода, измеритель давления, а также трубопровод отвода газа из подготавливаемого баллона-конденсатора; нагреватель и охладитель продувочного газа, которые последовательно смонтированы на трубопроводе подачи продувочного газа в реактор; теплообменник предварительного охлаждения тетрафторида кремния, смонтированный на главном трубопроводе рядом с реакторами; теплообменник глубокого охлаждения тетрафторида кремния, установленный на главном трубопроводе вблизи криостатов с баллонами-конденсаторами; байпасную линию более чем с одним пробоотборником, подсоединенную одним концом к главному трубопроводу, а другим - на вход к вспомогательному баллону-конденсатору; теплообменник-охладитель, установленный на линии отвода продувочных газов из реактора.7. Устройство по п.6, отличающееся тем, что трубопровод подачи продувочного газа к началу главного трубопровода подсоединен своим началом к трубопроводу подачи продувочного газа в реактор в точке, расположенной между нагревателем и охладителем продувочного газа.8. Устройство по п.6, отличающееся тем, что охладитель продувочного газа выполнен смесительного типа с возможностью подмешивания жидкого азота в продувочный газ, например, посредством эжектора.9. Устройство по п.6, отличающееся тем, что теплообменник предварительного охлаждения тетрафторида кремния подключен охлаждающей стороной к источнику доступного хладагента, например, воде, воздуху или любому другому.10. Устройство по п.6, отличающееся тем, что теплообменник глубокого охлаждения тетрафторида кремния подключен входом охлаждающей стороны к выходу холодного азота из криостатов, а выходом - ко входному трубопроводу системы вентиляции.11. Устройство по п.6, отличающееся тем, что байпасная линия системы вакуумирования выполнена в виде коллектора, объединяющего концы трубопроводов для отвода продувочных газов системы подготовки баллонов-конденсаторов и реакторов.